空気力学

フォーミュラ1カーのフロントウイングの詳細図。複数の要素からなる空力面が示されている。

現代のあらゆる表面 F1 この車は、フロントウイングのエンドプレートから排気口に至るまで、空力性能に関する熟慮された設計に基づいて作られている。

現代のF1において、空力性能は最も重要なパフォーマンス分野である。 グリッドの最前列と最後尾の差は、今やほんのわずかなダウンフォース値で測られるようになり、車体のあらゆるパーツは、空気の流れをより効果的に利用するために存在している。グラハムより Hillの最初の試みの翼は モナコ 1968年から2022年に再導入された地面効果床まで、 F1 空力設計は、このスポーツにおける中心的な軍拡競争の一つであった。

F1における空力とはどういう意味ですか？

F1における空力学とは、車の周囲や下を流れる空気の流れを研究し管理することであり、相反する2つの目標がある。 ダウンフォース タイヤを路面に押し付けてコーナリング速度を上げ、 かわいいです こうすることで、車は加速して競争力のある最高速度に到達できる。エンジニアたちは、この2つの比率のわずかな改善を追求するためにシーズンを費やす。なぜなら、同じ空気抵抗でより多くのダウンフォースを生み出す車は、あらゆる場所でより速いからだ。

定義する2つの力 F1 空力

ダウンフォース

ダウンフォースとは、車が成形された表面、特にフロントウイング、リアウイング、フロアに沿って空気を移動させる際に発生する下向きの空力力のことである。 F1 自動車は高速走行時に、自重の数倍ものダウンフォースを発生させることができる。この余分な垂直荷重によって、驚異的な横方向のグリップ力が得られる。だからこそ、グランプリカーは一般の乗用車ならコースアウトしてしまうようなコーナリングスピードで走行できるのだ。

ドラッグ

ドラッグとは、車が空気を押し進む際に受ける空気抵抗のことです。ドラッグは速度の二乗に比例して増加するため、直線走行性能は車のドラッグ値に非常に敏感になります。 F1 車は妥協の産物だ。ある程度のダウンフォースや冷却気流を生み出す一方で、避けられない空気抵抗も生み出す。

短い歴史 F1 空力

1968年：最初の翼

空気力学は深刻な F1 規律は1968年5月にモナコで始まった。 Hillのロータス49Bは、控えめなフロントウイングと小さなリアスポイラーを備えていた。すぐに調整可能なウイングが登場し、最大限の効果を得るためにサスペンションに直接取り付けられた。一連の構造上の欠陥により、 FIA 機体を素早く動かすためには、翼を機体に一体化させ、固定する必要があるとされた。そして1969年までには、翼は機体に一体化され、固定された状態を保つ必要があった。

1977年から1982年：地面効果時代

コリン・チャップマンのロータス78は1977年に新たなアイデアを導入した。サイドポッドの下面を逆翼型に成形することで、車体下部の空気を加速させ、低圧領域を作り出して車体全体を路面に吸い付けるというものだ。その後継機であるロータス79は1978年を席巻した。ライバルチームは次第に過激なスカート付きフロアを採用して追随したが、コーナリング時の負荷が人間の身体と1970年代のシャシー技術の許容範囲を超え、FIAは1983年にスカートを禁止し、フラットボトムを義務付けた。

1983年から2021年：翼主導型空力学

40年近く F1 当時のレーシングカーは、アッパーボディワーク、フロントウイングカスケード、バージボード、ターニングベーン、リアウイングアセンブリといった複雑な構造から、ダウンフォースの大部分を生み出していた。この設計思想は、美しいフォルムのレーシングカーを生み出した一方で、このスポーツを特徴づける問題も引き起こした。先行車の乱流が後続車の空力特性を損ない、接近走行を極めて困難にし、追い越しを不可能にしていたのである。

2022年：地面効果の復活

2022年の技術規則では、FIAの規定に基づきグラウンドエフェクトが再導入された。フロアはベンチュリトンネルの形状に変更され、フロントウイングは簡素化され、バージボードは禁止された。現代の約60%の F1 車のダウンフォースは、以前のようにウイングではなくフロアから発生するようになり、後続車にとってよりクリーンな後流となるよう設計されている。高速走行時に発生する空気抵抗による跳ね上がり現象であるポーポイジングは、新ルール導入後初のシーズンにおける決定的な技術的課題となり、全車にわたって車高調整が義務付けられた。

現代の航空機の主要な空力コンポーネント F1 自動車

  • フロントウイング： 車のバランスと、下流のすべてが依存する流れの構造を決定づける。
  • 床トンネルとベンチュリトンネル： 2022年以降、主要なダウンフォース源として、最小限の空気抵抗増加でグリップ力を生み出している。
  • Diffuser: 床の後方にある傾斜面は、空気の流れを周囲の圧力まで広げ、床の効率を何倍にも高める。
  • リアウイング： ダウンフォースを追加し、2025年まで開催された DRS アクチュエータ;
  • サイドポッドと吸気口： 冷却空気をルーティングしながら外部の流れを誘導します diffuser;
  • ビームウィング： リアウイングと diffuser 流れ。

空気力学がチャンピオンシップを左右する理由

タイヤ、エンジン、ギアボックスの比率がこれまで以上に厳密に標準化されているため、空力性能はチームが最も自由度が高く、したがって最もパフォーマンスを引き出せる分野です。1周あたりのダウンフォース効率がわずか0.1ポイント違うだけで、 pole そしてP5。風洞実験時間は空力試験規則によってチームごとに制限されており、CFD解析も予算に制約があるため、エンジニアは徹底的に優先順位をつけざるを得ない。最も価値の高い実験でテストスケジュールを埋めたチームが、シーズンを通して一貫して最高のパフォーマンスを発揮する。

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よくある質問 F1 空力

F1における空力学はいつから始まったのですか？

正式な空力開発は1968年5月にモナコで始まった。 Hillロータス49Bは、小型のフロントウイングとリアスポイラーを装備していた。その後、サスペンションに取り付けられた調整式ウイングが登場したが、構造上の不具合が相次いだため、1969年に禁止された。

F1におけるグラウンドエフェクトとは何ですか？

グラウンドエフェクトとは、車体下部を逆翼型に成形することで発生するダウンフォースのことで、車体下部の気流を加速させ、低圧領域を作り出すことで車体を路面に吸い付ける効果を持つ。ロータスが1977年にこの技術を初めて導入し、2022年のレギュレーションで再導入された。

現代のダウンフォースの大部分はどこにあるのか F1 車はどこから来たのですか？

2022年以降 F1 現代の自動車では、ダウンフォースの約60％はフロントウイングやリアウイングではなく、フロアとそのベンチュリトンネルから発生している。2022年以前は、ウイングとアッパーボディワークがダウンフォースの主な発生源だった。

F1における「ダーティエア」とは何ですか？

ダーティエアとは、先行車が残す乱流のことです。これは後続車の空力面を乱し、ダウンフォースを低下させ、追従走行を困難にします。2022年のレギュレーションは、よりクリーンな後流を残し、追い越しを容易にするために特別に設計されました。

イルカのように泳ぐこととは何ですか？

ポーポイジングとは、路面との接触によってダウンフォースが失速し、その後解放されて車体が跳ね返ることで発生する、グラウンドエフェクトカーの高速上下振動のことである。2022年シーズンはポーポイジングが大きな特徴となり、各チームは車高を上げたり、フロアを強化したりして、この現象を抑制せざるを得なくなった。

空力開発はどのように規制されているのか？

FIAは、空力テスト規則によって風洞実験時間とCFD解析時間を制限しており、これは選手権順位に基づいて設定されているため、上位チームほどテスト時間が短くなる。また、費用も財務規則によって制限されている。

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